-
Zündanlage mit Magnet- und/oder Batteriezünder, insbesondere für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Zündanlage mit Magnet- und/oder Batteriezünder, insbesondere
für Brennkraftrnaschinen, und bezieht sich besonders auf Magnetzündanlagen für mehrzylindrige
Brennkraftmaschinen.
-
Durch die stets zunehmende Anzahl der Zylinder bei Flugzeugtriebwerken
wurde die Lösung des Problems der wirksamen Zündung zunehmend schwieriger. Bei einer
Maschine mit 28 Zylindern sind z. B. bei einer Drehzahl von etwa 3000 U/min
ungefähr 42 000 Zündfunken pro Minute eines mit 28 Zündstellen versehenen
Magnetzünders notwendig. Gewöhnliche Magnetzünder sind jedoch nicht zu einer so
hohen Leistung fähig, wodurch es notwendig wurde, zwei Magnetzünder mit je 1q. Zündstellen
vorzusehen, um die gewünschte Gesamtleistung zu erhalten. Da es aus Sicherheitsgründen
bei Flugzeugtriebwerken üblich ist, Doppelzündanlagen vorzusehen, müssen in diesem
Fall jeder Maschine vier solche Magnetzünder zugeordnet sein, um den gewünschten
Zweck zu erfüllen.
-
Es ist bekannt, daß die üblichen Magnetzünder nur eine Höchstleistung
von etwa 30 000 Zündfunken pro Minute besitzen. Bei dieser Funkenzahl ist
ihr Wirkungsgrad jedoch verhältnismäßig klein, weshalb es üblich ist, diese Höchstleistung
auf etwa 25 000 Zündfunken pro Minute herabzusetzen.
-
Der Grund, weshalb höhere Leistungen mit gutem Wirkungsgrad nicht
erreichbar sind, ist kein elektrischer oder magnetischer, sondern ein mechanischer.
Wenn
die Leistung eines Magnetzünders 30 000 Zündfunken pro Minute erreicht, verlieren
die üblicherweise durch einen einzigen Nocken betätigbaren und federbelasteten Unterbrecherkontakte,
die zum Schließen und Unterbrechen des Stromkreises der Primärwicklung des iVIagnetzünders
benutzt werden, rasch ihre Wirksamkeit, da die Zeit zum Schließen zu kurz ist und
wegen der Trägheit ihrer beweglichen Teile.
-
Die Erfindung bezweckt, eine Zündanlage für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen
zu schaffen, bei welcher dem Bedarf entsprechend die Magnetzünder eine erhöhte Leistung
abgeben können, ohne daß die normale Unterbrechungsgeschwindigkeit des Unterbrechers
erhöht wird. Es soll z. B. die Leitung eines jeden Magnetzünders beim Betrieb innerhalb
des üblichen Bereiches der Unterbrechungsgeschwindigkeit auf 5o ooo bis ioo ooo
Zündfunken pro Minute und mehr erhöht werden können, wodurch es möglich wäre, für
die Bedürfnisse der als Beispiel genannten :28zylindrigen Maschine mit einer Normaldrehzahl
von 3000 U/min einen einzigen Magnetzünder vorzusehen.
-
Der gemäß der Erfindung verwendete Magnetzünder soll ferner eine bedeutend
größere Leistung abgeben als die bisher üblichen Magnetzünder.
-
Ferner versucht die Erfindung eine Batteriezündanlage vorzusehen,
deren Leistung, auch bei geringerer Nockenscheibendrehzahl als bisher üblich, größer
ist als bei den heute verwendeten Anlagen.
-
3e nach Verwendungszweck kann eine solche Zündanlage eine Speisebatterie
aufweisen, die sowohl beim Anlassen als auch bei hohen Drehzahlen für die notwendige
Stromzufuhr zur Maschine sorgt, ohne daß der Batteriestrom unterbrochen werden muß,
wenn zusätzlich die Leistung des Magnetzünders ohne Erhöhung seiner normalen Unterbrechungsgeschwindigkeit
erhöht wird.
-
Die erfindungsgemäße Zündanlage besitzt einen Transformator in Form
des Ankers eines Magnetzünders oder in Formeiner Zündspule mit wenigstens einer
Primär- bzw. Niederspannungswicklung und Mittel zur Erregung dieser Wicklung, ferner
mehrere Unterbrecher, die in den (Stromkreis der Primärwicklung des Magnetzünderankers
eingeschaltet sind, und eine Kontaktwählervorrichtung, die ebenfalls an diesen Stromkreis
angeschlossen ist und die beim Betrieb mit irgendeinem der Unterbrecher elektrisch
verbunden werden können, zum periodischen Einschalten vorbestimmter Unterbrecher
in diesen Stromkreis. Dadurch wind eine größere Abgabe von elektrischen Impulsen
ermöglicht als in üblichen Anlagen, die einen einzigen Unterbrecher besitzen. Dies
kann erreicht werden, ohne die für ein sicheres Schließen eines jeden Unterbrecherkontaktpaares
notwendige Mindestzeit herabzusetzen. Es wurde gefunden, daß die mit einem Paar
Unterbrecher erreichbare höchste Unterbrecherzahl 2@5 ooo pro Minute ist.
-
Es kann irgendein Hoch- oder Niederspannungsmagnetzünder verwendet
werden, da die Anlage auf einfache Weise zum Betrieb mit einem Magnetzünder mit
Umlaufanker, mit Umlaufleitstücken-oder mit Umlaufmagnet ausgebildet sein kann.
Andererseits kann der Magnetzünder mit einem Elektromagneten anstatt mit einem üblichen
Permanentmagnet ausgerüstet sein.
-
Die genannte Kontaktwählervorrichtung besitzt zweckmäßig einen Kommutator
oder eine ähnliche Umlaufschaltervorrichtung, die sich besonders für den Betrieb
bei hohen Drehzahlen eignet. Die ,Anzahl der ;Segmente eines solchen Kommutators
entspricht zweckmäßig der ;Anzahl der Magnetpole des Magnetzünders, in welchem Fall
die Bürsten des Kommutators und die Rotorwelle des Magnetzünders miteinander kraftschlüssig
verbunden sind, so daß sie mit der gleichen Drehzahl umlaufen können, wodurch die
Segmente periodisch die Unterbrecher wechseln können. In gewissen Fällen kann die
Anzahl der Kommutatorsegmente auch der Anzahl der Unterbrecher entsprechen, wobei
eine einnockige Nockenscheibe zur Betätigung des Unterbrechers vorgesehen sein kann.
Dies ist jedoch nicht notwendig und kann verändert werden.
-
An Hand der Zeichnungen soll der Erfindungsgegenstand beispielsweise
näher erläutert werden. Es zeigt Fig. i schematisch eine Zündanlage, die mit einem
drehbaren Wählerkontakt verbunden ist, mit vier Unterbrechern, die durch eine gemeinsame
Nockenscheibe betätigbar sind, ,Fig. 2 ein Einzelteil des ersten Beispiels in teilweisem
tSchnitt, Fig.3 schematisch eine andere Ausführung des Beispiels von Fig. i, Fig.4
schematisch ein weiteres Beispiel einer Zündanlage mit einer ungeraden Anzahl von
Unterbrechern und einem Kommutator mit einer größeren Anzahl Segmenten, Fig. 5 perspektivisch
eine Ansicht einer Einzelheit des Beispiels gemäß Fig. 4, Fig. 6 in kleinerem Maßstab
eine Ansicht der als getrennte Einheiten ausgebildeten Unterbrecher und des Kommutators,
Fig.7 schematisch ein weiteres Beispiel, bei welchem der Magnetzünder einen Elektromagneten
aufweist, Fig.8 schematisch ein weiteres Beispiel, bei welchem eine Batterie in
den !Stromkreis der Primärwicklung des Ankers des Magnetzünders eingeschaltet ist,
um das Anlassen der Maschine zu erleichtern, Fig. 9 eine andere Ausführung des in
Fig. 8 gezeigten Beispiels, bei welchem die Primärwicklung des Ankers aus zwei getrennten
Spulen gebildet ist, Fig. io eine weitere Ausführung des .Beispiels gemäß Fig. B.
-
Beim Beispiel gemäß Fig. i sind vier Unterbrecher 2 gleichmäßig um
eine gemeinsame drehbare Nockenscheibe 3 angeordnet, so daß sie beim Drehen der
Nockenscheibe 3 nacheinander geöffnet werden. Eine Unterbrecherfeder 4 hält die
Unterbrecherkontakte geschlossen.
-
In diesem Beispiel sind vier Kommutatorsegmente 6 vorgesehen, entsprechend
der Zahl der
Unterbrecher 2. Die Nockenscheibe 3 und die Kommutatorbürste
7 laufen mit der gleichen Drehzahl. Sie können z. B. auf . der Magnetzünderwelle
oder auf irgendeiner gemeinsamen Welle 8 angeordnet sein, obschon der Einfachheit
halber die Nockenscheibe 3 und die Kommutatorbürste 7 in Fig. i auf getrennten Wellen
angeordnet sind. Angenommen, die Höchstgeschwindigkeit beim Betrieb mit gutem Wirkungsgrad
eines jeden Unterbrechers betrage ungefähr 25 000 Unterbrechungen pro Minute,
dann ist die Leistung des Magnetzünders 9 ungefähr ioo ooo Impulse pro Minute. Da
ferner die vier Unterbrecher 2 und die Kommutatorsegmente 6 in Serie mit der Niederspannungswicklung
i i des :Ankers des Magnetzünders 9 geschaltet sind und da eine einnockige Nockenscheibe
3 vorgesehen ist, ist jeder Unterbrecher 2 während einer verhältnismäßig kleinen
Bewegung der Nockenspitze offen, z. B. während einer Drehung von 20°, in welchem
Fall für das Schließen der Unterbrecherkontakte eine Drehung der Nockenscheibe um
34o° zur Verfügung steht.
-
Die Länge eines jeden Kommutatorsegmentes 6 ist derart gewählt, daß
jedem Unterbrecher :2 eine angemessene Öffnungszeit zur Verfügung steht, während
die Bürste 7 über das entsprechende Segment 6 streift. Gewöhnlich dient die Bürste
7 zum Schließen und jeder Unterbrecher 2 zum Unterbrechen des Stromkreises, obschon
bei sehr hohen Drehzahlen die Bürste 7 bereits mit dem Überqueren eines ?Segmentes
6 beginnen kann, bevor die entsprechenden Unterbrecherkontakte geschlossen sind.
In diesem Fall können die Kontakte sowohl zum ,Schließen als auch zum Unterbrechen
des Stromkreises dienen.
-
Versuche haben jedoch gezeigt, daß, wenn die Nockenscheibe und die
Kommutatorbürste mit gleicher Drehzahl arbeiten und eine Nockenscheibe mit nur einem
Nocken verwendet wird, bei hohen Drehzahlen beim öffnen und Schließen der Unterbrecherkontakte
unerwünschtes Hämmern und Schlagen auftreten kann. Um dies zu verhindern, sind die
Kommutatorbürste und die Nockenscheibe zweckmäßig auf getrennten Wellen angeordnet,
die durch ein Getriebe oder auf andere Weise miteinander derart verbunden sind,
daß sie mit gleicher Drehzahl laufen. In diesem Fall kann auch eine Nockenscheibe
mit mehreren Nocken verwendet werden.
-
Eine derartige Anordnung ist in Fig.2 dargestellt. Es sind der Kommutator
und die Unterbrecher zu einer einzigen Einheit in einem Magnetzünder irgendeiner
Bauart zusammengefaßt. Es kann z. B. die Kommutatorbürste 7 mittels einer Feder
bei 12 belastet und in einer axialen Verlängerung 13 der Magnetzünderwelle 14 angeordnet
sein, wobei die Segmente mit ,Abstand voneinander rund um die Wellenverlängerung
13 angeordnet sind. Die Nockenscheibe sitzt auf einer Welle 16, wobei rund um die
Nockenscheibe die Unterbrecher 2 mit rAbstand voneinander angeordnet sind. Die Welle
16 und die Wellenverlängerung 13 sind durch ein geeignetes Untersetzungsgetriebe
17 miteinander verbunden. Anstatt eine gemeinsame Nockenwelle zur Betätigung aller
Unterbrecher zu verwenden, können zwei oder mehr Nockenscheiben 3a vorgesehen
sein, die nebeneinander auf ihrer gemeinsamen Welle sitzen und deren Nocken 18 gegeneinander
versetzt sind.
-
Schematisch ist diese Anordnung in Fig. 3 dargestellt. Die Nockenscheiben
sind aus Gründen der Darstellung auf getrennten Wellen angeordnet. In diesem Beispiel
sind vier Unterbrecher 2 und ein Kommutator mit vier Segmenten 6 vorgesehen. Die
Unterbrecher 2 sind in zwei Gruppen angeordnet, wovon jede ihre eigene mehrnockige
Nockenscheibe besitzt. iSind Nockenscheiben mit vier Nocken 18 vorgesehen, so sind
die Bürsten- und Nockenscheibenwellen 13 und 16 durch ein Getriebe mit dem Untersetzungsverhältnis
4 : i miteinander verbunden. Bei Verwendung eines solchen iGetriebes ist die Nockenscheibendrehzahl
geringer und infolgedessen das unerwünschte Hämmern und Schlagen vermeidbar.
-
Es können ferner Mittel vorgesehen sein, um periodisch die Polarität
der Unterbrecher umzukehren. Gemäß Fig. 4 und 5 kann dies dadurch erreicht werden,
daß eine ungerade Anzahl von Unterbrechern verwendet wird sowie ein Kommutator mit
einer größeren Anzahl von Segmenten, der mit einer verhältnismäßig höheren Drehzahl
laufen kann. Die Anzahl der verwendeten Segmente stellt ein ganzes Vielfaches der
Anzahl .der Unterbrecher dar. Im dargestellten Beispiel sind drei mit Abstand auf
dem Umfang eines Kreises angeordnete Unterbrecher 2 vorgesehen, wobei der Kommutator
sechs ;Segmente 6 aufweist. Die Nockenscheiben 3a sind auf einer getrennten Welle
16 angeordnet, die durch ein Getriebe 17 mit einem Untersetzungsverhältnis von 2
: i mit der Welle 14 der Kommutatorbürste verbunden ist (Fig. 5). Die Bürste sitzt
auch auf der Welle 14 des Magnetzünders, wobei die Anordnung derart ist, daß die
Polarität der Unterbrecher bei jeder aufeinanderfolgenden Öffnungsbewegung gewechselt
wird. Infolgedessen wird jeder Metalltransport zwischen den Unterbrecherkontakten
vermieden.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Zündanlagen mit einem besonderen
Magnetzünder, wie er in Fig.2 dargestellt ist. Bekannte Arten von :Magnetzündern
9 können verwendet werden, wobei der Kommutator und die Unterbrecher als getrennte
Einheit ausgebildet sein können. Gemäß Fig.6 können die Unterbrecher in einem eigenen
Gehäuse 21 untergebracht sein, das z. B,. durch Kabel 22 mit der Primärwicklung
des Magnetzünders verbunden sein kann, so daß -das :Gehäuse 21, wenn nötig, getrennt
vom Magnetzünder angeordnet sein kann.
-
;Ein anderes Beispiel zeigt Fig. 7. Diese Anlage besitzt einen Magnetzünder
9a, der an Stelle von Permanentmagneten mit Elektromagneten ausgerüstet ist. Die
Umlaufmagneten 23 können z. B. mittels einer Batterie 24 über Schleifringe erregbar
sein. Der Stromkreis weist in diesem Fall einen Kommutator mit sechs Segmenten 6
auf, während eine Nockenscheibe 3a mit drei Nocken zur Betätigung
von
zwei Unterbrechern 2 vorgesehen sein kann. Wenn die Magnetzünderwelle, die Nockenscheibe
und die Bürste mit der gleichen ;Drehzahl umlaufen, können die Nockenscheibe und
die Bürste auf der Magnetzünderwelle angeordnet sein.
-
Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. i bis 7 sind gleichermaßen mit
Magnet- oder Batteriezündung verwendbar. In beiden Fällen kann eine höhere Leistung
bei kleineren Nockenscheibendrehzahlen erreicht werden als üblicherweise in ähnlichen
Zündanlagen, in welchen jedoch nur ein einziger Unterbrecher vorgesehen ist.
-
Obschon die Erfindung an Hand von Beispielen beschrieben wurde, in
welchen mehrere voneinander unabhängige Unterbrecher vorgesehen sind, können diese
auch elektrisch verbunden sein, z. B. in Reihe oder auf andere zweckdienliche Weise,
um das,Gewicht der Kontaktarme und den auf diese wirkenden Federdruck herabzusetzen.
-
Gemäß einer in den Fig. 8, 9 und io dargestellten Ausführung ist außer
einem Magnetzünder-9 noch eine :Batterie 26 in den Stromkreis eingeschaltet, um
sowohl die;Stromzufuhr beim Anlassen als auch im Betrieb der Brennkraftmaschine
mit hohen Drehzahlen zu gewährleisten, ohne daß der Batteriestrom abgeschaltet zu
werden braucht. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Gleichstrom der Batterie beim
Durchfließen der Primärwicklung i i wahlweise umzukehren, so daß er dem durch diese
Wicklung fließenden Wechselstrom des Magnetzünders angepaßt ist. Es ist eine diesem
Zweck entsprechende Anordnung bekannt, bei welcher die Primärwicklung des Magnetzünderankers
in zwei Teile geteilt ist, die mit einer Batterie in einen Stromkreis eingeschlossen
sind. Gemäß Fig. 8 kann die Primärwicklung eine einzige Spule aufweisen, die einen
wenigstens annähernd in der Mitte angeordneten Kontaktfinger 27 aufweist, der mit
einer Leitung des ;Batteriestromkreise: derart verbunden ist, daß die Primärwicklung
elektrisch in zwei Abschnitte unterteilt ist.
-
Die Primärwicklung kann auch aus zwei wenigstens annähernd gleichen
Spulen 29 und 31 gebildet sein (Fig. 9). In diesem Fall sind die Spulen zweckmäßig
nebeneinander auf einen gemeinsamen Kern gewickelt, so daß sie sich annähernd entsprechen,
wodurch unerwünschte Interferenzen zwischen den beiden Spulen vermeidbar sind.
-
In den beiden Beispielen gemäß Fig. 8 und 9 besitzt der Batteriestromkreis
mehrere Unterbrecher und einen zugehörigen Kommtttator mit Kontakten 32. In diesem
Fall dient der Kommutator jedoch außer als Kontaktwählvorrichtung auch noch als
Stromumkehrvorrichtung durch abwechselndes Einschalten der genannten cSpulenabschnitte
in den Batteriestromkreis. Der cB.atteriestrom fließt erst durch den einen Abschnitt
in der einen Richtung und anschließend durch den anderen Abschnitt in der anderen
Richtung, um so abwechselnd den Fluß des Batteriestromes in der Primärwicklung des
Magnetzünders umzukehren, zwecks :-#npassüng dieses Flusses an den durch diese Spule
fließenden @Vechselstromfluß des Magnetzünders. Beim Beispiel gemäß Fig. 8 dient
der Komniutator zur Umkehrung des Batteriestromes durch die Primärwicklung des Magnetzünders
mittels der vorbestimmten Kontakte 23, während der Kommutator im Beispiel gemäß
Fig. 9 zur Umkehrung dz2s Unterbrecherstromes mittels der vorbestimmten voneinander
getrennten Primärspulen dient.
-
Es ist bekannt, daß die Leistung von Batteriezündanlagen normaler
Bauart auf ungefähr t8 ooo Impulse pro Minute beschränkt ist. Die Leistung der üblichen
Magnetzündanlagen ist auf ungefähr 28 ooo Impulse pro Minute begrenzt. Verglichen
mit diesen Anlagen ergeben die an Hand der Fig. 7, 8 und 9 beschriebenen Zündanlagen
bei gutem Wirkungsgrad eine Leistung von ungefähr 48 ooo bis 5o ooo Impulse pro
Minute. Solche Leistungen entsprechen dem Bedarf von Mehrzylinderbrennkraftmaschinen,
wie sie z. B: in Automobilen für hohe Geschwindigkeiten verwendet werden.
-
;Der achtpolige Magnetzünderläufer des Beispiels gemäß @Fig. 8 und
9 kann für eine gleiche Drehzahl wie der Kommutator und die Nockenscheibe zur Betätigung
der Unterbrecher gebaut sein. In diesem Fall eignet sich die (.Anlage für eine Viertakt-8-Zylinder-Maschine
mit einer Betriebsdrehzahl von 12 ooo U/min, bei welcher 48 000 Impulse pro
Minute notwendig sind bei einer Drehzahl des Magnetzünderrotors von 6ooo U/min.
-
Es können auch zwei gleiche Primärspulen 29 und 31 vorgesehen sein,
die in den Stromkreis zier Batterie 26 eingeschaltet sind, wie Fig. io zeigt. Die
Unterbrecher 2 sind bei diesem Beispiel in zwei Gruppen angeordnet und sind mittels
zweier mehrnockiger Nockenscheiben 3a betätigbar, wobei die Nocken gegeneinander
versetzt sind.
-
Beim letztgenannten Beispiel ist ein vierpoliger Magnetzünderläufer
vorgesehen. Ferner sind ein Kommutator mit vier ;Segmenten und zwei Nockenscheiben
mit je vier Nocken vorgesehen. Die Nockenscheiben sind mit der Läuferwelle und der
Kommutatorw elle derart verbunden, daß die Drehzahl des Läufers und der Kommutatorbürste
gleich viermal der Drehzahl der Nockenscheibenwelle ist. Mit dieser Anlage ist eine
gute Zündung für eine 42zylindrige Viertaktbrennkraftmaschine bei 3000 U/min
erreichbar. Diese Maschine benötigt 63 000 Impulse pro Minute bei einer Drehzahl
der Magnetzünderwelle von 15 750 U/min. Infolge dieser verhältnismäßig hohen
Läuferdrehzahl kann der Magnetzünder direkt über ein Getriebe oder auf irgendeine
Art mittels des Nockenringes eines Sternmotors antreibbar sein. Auch kann das Gewicht
des Magnetzünders auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden. Die ungefähre Höchstleistung
einer dem letztgenannten Beispiel entsprechenden Anlage ist ungefähr ioo ooo Impulse
pro Minute bei einer Läuferdrehzahl von 25 000 U/min.
-
Die Beispiele gemäß den Fig. 8, 9 und io können nicht nur die obenerwähnte
höhere Leistung abgeben, sondern außerdem sowohl zum Anlässen als auch während des
Betriebes der Maschine im
ganzen Drehzahlbereich genügend Strom
liefern, ohne daß der Zusatzbatteriestrom abgestellt werden muß.
-
Um den Erfordernissen der Doppelzündung Rechnung zu tragen, kann ein
gemeinsamer Läufer mit zwei nebeneinanderliegenden rAnkern verwendet werden, mit
dem ein gemeinsamer Kommutator mit zwei Gruppen von Unterbrechern kraftschlüssig
verbunden sein kann.
-
Die beschriebenen Beispiele lassen sich durch die verschiedensten
Abänderungen und/oder .Zusätze verändern ohne über den Geltungsbereich der Erfindung
'hinauszugehen.